(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部と、
複数のレンズセルが二次元的に配置されている第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに対応する複数のレンズセルを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの像を液晶表示素子の表示面上に重ね合わせる重ね合わせレンズと、
前記第２のレンズアレイの近傍に配置され、前記第２のレンズアレイの複数のセルを周囲方向から遮蔽した場合に矩形形状の絞り開口となり、前記矩形形状の絞り開口の辺と前記第２のレンズアレイのレンズセルの長辺方向が直交または平行している照明絞りと、
前記重ね合わせレンズからの入射光を変調する前記液晶表示素子と、
前記液晶表示素子から射出された変調光を拡大投影する投射レンズと、
前記投射レンズの瞳近傍に設けられ、絞った場合に菱形形状の絞り開口となり、前記菱形形状の絞り開口の対角線と前記投射レンズの瞳位置に形成される前記第２のレンズアレイの瞳像のレンズセルの辺の方向が直交または平行している投射レンズ絞りと、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項２】
光源部と、
複数のレンズセルが二次元的に配置されている第１のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイに対応する複数のレンズセルを有する第２のレンズアレイと、
前記第１のレンズアレイの像を液晶表示素子の表示面上に重ね合わせる重ね合わせレンズと、
前記第２のレンズアレイの近傍に配置され、前記第２のレンズアレイの複数のセルを周囲方向から遮蔽した場合に菱形形状の絞り開口となり、前記菱形形状の絞り開口の対角線と前記第２のレンズアレイのレンズセルの長辺方向が直交または平行している照明絞りと、
前記重ね合わせレンズからの入射光を変調する前記液晶表示素子と、
前記液晶表示素子から射出された変調光を拡大投影する投射レンズと、
前記投射射レンズの瞳近傍に設けられ、絞った場合に矩形形状の絞り開口となり、前記矩形形状の絞り開口の辺と前記投射レンズの瞳位置に形成される前記第２のレンズアレイの瞳像のレンズセルの辺の方向が直交または平行している投射レンズ絞りと、
を備えることを特徴とする投射型表示装置。
【請求項３】
前記光源部は、両口金タイプの放電灯と前記放電灯の２つの口金を結ぶ線分とリフレクタの光軸とが平行にされているリフレクタを含む光源部であり、
前記第１のレンズアレイのレンズセルのうち、光軸中心近傍の複数のレンズセルが偏芯レンズセルであり、
前記照明絞りにおける矩形形状または菱形形状の絞り開口となる状態は、前記第１のレンズアレイの前記偏芯レンズセルに対応する前記第２のレンズアレイの複数のセルを残して周囲方向から遮蔽する状態であって、
前記投射レンズ絞りにおける菱形形状または矩形形状の絞り開口となる状態は、前記第２のレンズアレイの瞳像のうち前記第１のレンズアレイの偏芯レンズセルに対応する前記第２のレンズアレイのレンズセル像を残して周囲方向から遮蔽する状態である、
ことを特徴とする請求項１または２記載の投射型表示装置。
【請求項４】
前記偏芯レンズの偏芯方向はレンズ外側方向であって偏芯率は５％〜２５％であることを特徴とする請求項３記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子により表示される画像を投射レンズを含む結像光学系を介して表示する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投射型表示装置においては、表示画像の高輝度化と高コントラスト化が求められている。照明光学系、結像光学系のＦ値が小さいほどたくさんの光が取り込めるので、高輝度化に有利になる傾向である。一方、偏光ビームスプリッタ等の偏光素子、液晶表示素子は、それぞれ入射角度依存性を持っており、光線の入射角度が小さいほど、すなわち照明光学系、結像光学系のＦ値が大きいほど、高コントラストの表示画像を得られる。 
【０００３】
そこで、使用環境の明るさに応じて、表示画像の輝度とコントラストとのバランスをユーザが調整することができるようにした投射型表示装置が提案されている。特許文献１では、照明光学系と、投射レンズ中の少なくとも一方に絞りを設けることが開示されている。また、２つの絞りを連動する点が記載されている。また、特許文献２では、照明光学系及び投写レンズ中に設けた絞りにより遮光する例が開示されており、照明光学系及び投写レンズ中に設けた絞りの絞り形状は相似形である例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４１３１１号公報
【特許文献２】特開２００５−３０１０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光学系に一般的に求められている特性は光源や光学部品の特性を考慮して、明るさの低下を最低限に抑えつつコントラストを更に向上させることである。そこで本発明は、明るさの低下を最小限に抑えながら、コントラスト性能を向上させる投射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述した従来の技術の課題を解決するため、光源部（１、２）と、複数のレンズセルが二次元的に配置されている第１のレンズアレイ４と、前記第１のレンズアレイに対応する複数のレンズセルを有する第２のレンズアレイ５と、前記第１のレンズアレイの像を液晶表示素子の表示面上に重ね合わせる重ね合わせレンズ７と、前記第２のレンズアレイの近傍に配置され、前記第２のレンズアレイの複数のセルを周囲方向から遮蔽した場合に矩形形状の絞り開口となり、前記矩形形状の絞り開口の辺と前記第２のレンズアレイのレンズセルの長辺方向が直交または平行している照明絞り８と、前記重ね合わせレンズからの入射光を変調する前記液晶表示素子１７と、前記液晶表示素子から射出された変調光を拡大投影する投射レンズ１９と、前記投射レンズの瞳近傍に設けられ、絞った場合に菱形形状の絞り開口となり、前記菱形形状の絞り開口の対角線と前記投射レンズの瞳位置に形成される第２のレンズアレイの瞳像のレンズセルの辺の方向が直交または平行している投射レンズ絞り２０と、を備えることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【０００７】
また、光源部（１、２）と、複数のレンズセルが二次元的に配置されている第１のレンズアレイ（４）と、前記第１のレンズアレイに対応する複数のレンズセルを有する第２のレンズアレイ（５）と、前記第１のレンズアレイの像を液晶表示素子の表示面上に重ね合わせる重ね合わせレンズ（７）と、前記第２のレンズアレイの近傍に配置され、前記第２のレンズアレイの複数のセルを周囲方向から遮蔽した場合に菱形形状の絞り開口となり、前記菱形形状の絞り開口の対角線と前記第２のレンズアレイのレンズセルの長辺方向が直交または平行している照明絞り（８）と、前記重ね合わせレンズからの入射光を変調する前記液晶表示素子（１７）と、前記液晶表示素子から射出された変調光を拡大投影する投射レンズ（１９）と、前記投射射レンズの瞳近傍に設けられ、絞った場合に矩形形状の絞り開口となり、前記矩形形状の絞り開口の辺と前記投射レンズの瞳位置に形成される第２のレンズアレイの瞳像のレンズセルの辺の方向が直交または平行している投射レンズ絞り（２０）と、を備えることを特徴とする投射型表示装置を提供する。
【０００８】
上記の構成において、前記光源部（１、２）は、両口金タイプの放電灯と前記放電灯の２つの口金を結ぶ線分とリフレクタの光軸とが平行にされているリフレクタを含む光源部であり、前記第１のレンズアレイ（４）のレンズセルのうち、光軸中心近傍の複数のレンズセルが偏芯レンズセル（４０）であり、前記照明絞り（８）における矩形形状または菱形形状の絞り開口となる状態は、前記第１のレンズアレイの前記偏芯レンズセルに対応する前記第２のレンズアレイの複数のセルを残して周囲方向から遮蔽する状態であって、前記投射レンズ絞り（２０）における菱形形状または矩形形状の絞り開口となる状態は、前記第２のレンズアレイの瞳像のうち前記第１のレンズアレイの偏芯レンズセルに対応する前記第２のレンズアレイのレンズセル像を残して周囲方向から遮蔽する状態であることが好ましい。
【０００９】
さらに、前記偏芯レンズセル（４０）の偏芯方向はレンズ外側方向であって偏芯率は５％〜２５％であることが好ましい。    
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、明るさの低下を最小限に抑えながら、コントラスト性能を向上させる投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る投射型表示装置の構成図である。
【図２】図２はフィールドレンズ１４、ＷＧ−ＰＢＳ１５、波長板１６、反射型液晶表示素子１７に至る光路を示す説明図である。
【図３】反射型液晶表示素子１７の構造を示す図である。
【図４】反射型液晶表示素子１７の表示における黒レベルと方位角（面内観察角度）との関係を測定する方法を示す図である。
【図５】図４の測定方法で測定された反射型液晶表示素子１７の表示における黒レベルと方位角（面内観察角度）との関係を示す図である。
【図６】投射レンズ１９中に設けられている投射レンズ絞り２０を模式的に示す図である。
【図７】照明絞り８と第２のレンズアレイ５の位置関係を示す正面図である。
【図８】図８は液晶表示素子の回折現象を説明するための図である。
【図９】図９は照明絞り８の絞り開口を示した例である。
【図１０】照明絞り８、投射レンズ絞り２０の動作の有無と明るさ、コントラストの関係を示す図である。
【図１１】投射レンズ絞り２０を矩形形状、照明絞り８を菱形形状とした場合の両絞りの形状を模式的に示す図である。
【図１２】第２の実施例に係る投射型表示装置を示す図である。
【図１３】第２の実施形態に係る第１のレンズアレイ４を示す図である。
【図１４】第２の実施形態に係る第１のレンズアレイ４の偏芯の状態を示す図である。
【図１５】偏芯レンズセルの効果を説明するための図である。
【図１６】照明絞り８、投射レンズ絞り２０の絞り開口と偏芯レンズセルの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の投射型表示装置について、添付図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る投射型表示装置の構成図である。投射型表示装置の光源部は、図１に示すように、両口金タイプの放電灯１と、両口金タイプの放電灯１から射出される光を光軸方向に反射するリフレクタ２を有している。両口金タイプの放電灯１は、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の白色光を射出するものが用いられる。リフレクタ２は、光軸を軸とした回転放物面の反射面を有し、放電灯１から射出された光を反射面で反射して光軸に平行な照明光として射出する。また、リフレクタ２は光軸を軸とした回転楕円面の反射面を有してもよい。その場合は、リフレクタの出口側に照明光をほぼ平行光とするレンズ系が設けられる。
【００１３】
光源部を射出する光は、紫外線や赤外線をカットするコールドフィルタ３を透過して第１のレンズアレイ（フライアイレンズ）４に入射される。第１のレンズアレイ４は、リフレクタ２が光束を出射する開口を空間的に分割するように、後述する空間光変調素子である反射型液晶表示素子１７ｂ、１７ｇ、１７ｒの表示領域と相似である矩形形状の複数のレンズセルを２次元配列して構成されている。第１のレンズアレイ４は、第１のレンズアレイ４のレンズセルにそれぞれ対応した第２のレンズアレイ５のレンズセルに照明光を集光させ、第２のレンズアレイ５上に第１のレンズアレイ４のレンズセルと同数の２次光源像を形成する。
【００１４】
第１のレンズアレイ４を経た照明光は、第２のレンズアレイ（フライアイレンズ）５に入射される。第２のレンズアレイ５は、第２のレンズアレイ５のレンズセルごとに、対応する第１のレンズアレイ４のレンズセル開口の像を反射型液晶表示素子１７ｂ、１７ｇ、１７ｒの表示面上に結像させる。
【００１５】
第１のレンズアレイ４と第２のレンズアレイ５との間には、照明絞り８が設けられている。照明絞り８で照明光の光束の一部を遮光することにより、投射型表示装置による表示画像のコントラスト及び輝度を調整することができる。照明絞り８は、２次光源像が形成される第２のレンズアレイ５の近傍に配置される。第２のレンズアレイ５の近傍とは、第１のレンズアレイ４と重ね合わせレンズ７の間か、重ね合わせレンズ７と、Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー１０の間と定義する。
【００１６】
第２のレンズアレイ５から射出される照明光は、図１に示すように、偏光変換素子６に入射される。偏光変換素子６は、複数の偏光ビームスプリッタが並列に配列されて平板状に構成されている光学素子であり、ランダムな偏光方向を有する入射光を一定の偏光方向を持つ偏光に変換する作用をする。したがって、偏光変換素子６からは一定の偏光方向を持つ偏光が射出する。
【００１７】
偏光変換素子６から射出される偏光（本実施形態ではＰ偏光に設定されている。）は重ね合わせレンズ７に入射される。重ね合わせレンズ７は、第１のレンズアレイ４の各レンズセルの像の中心を反射型液晶表示素子１７ｂ、１７ｇ、１７ｒの中心に一致させ、第１のレンズアレイ４の各レンズセルの像が反射型液晶表示素子１７ｂ、１７ｇ、１７ｒの表示面上で重なり合うように作用する。
【００１８】
重ね合わせレンズ７を射出したＰ偏光は、Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー１０で青色光と赤色・緑色光に分離される。青色光は、Ｂミラー１１で光路が曲げられ、青色用フィールドレンズ１４ｂ、青色用 ＷＧ−ＰＢＳ１５ｂ、青色用波長板１６ｂを通過し、青色用液晶表示素子１７ｂに入射する。青色用液晶表示素子１７ｂで反射されて変調されたＳ偏光成分は青色用 ＷＧ−ＰＢＳ１５ｂで反射され、クロスダイクロイックプリズム１８に向かう。
【００１９】
Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー１０で分離された赤色・緑色光は、ＲＧミラー１２で光路が曲げられ、ＲＧダイクロイックミラー１３で赤色光と緑色光に分離される。赤色光及び緑色光はそれぞれ、青色光の場合と同様、フィールドレンズ１４ｒ、１４ｇ、ＷＧ−ＰＢＳ１５ｒ、１５ｇ、波長板１６ｒ、１６ｇを通過し、反射型液晶表示素子１７ｒ、１７ｇに入射する。反射型液晶表示素子１７ｒ、１７ｇで反射して変調されたＳ偏光成分はＷＧ−ＰＢＳ１５ｒ、１５ｇで反射され、クロスダイクロイックプリズム１８に向かう。クロスダイクロイックプリズム１８において３色の光が合成され、投射レンズ１９でスクリーンに投影される。
【００２０】
図２はフィールドレンズ１４、ＷＧ−ＰＢＳ１５、波長板１６、反射型液晶表示素子１７に至る光路を示す説明図である。波長板１６、反射型液晶表示素子１７は光軸に対して直角に配置されている。ＷＧ−ＰＢＳ１５はガラス基板上に金属をグリッド形状に形成されたワイヤーグリッド型偏光ビームスプリッタであり、光軸に対して４５度傾斜されている。ワイヤーグリッドの方向と直交する方向が偏光を透過させる透過軸方向である。ＷＧ−ＰＢＳ１５を透過した光は波長板１６、反射型液晶表示素子１７に入射する。
【００２１】
図３は反射型液晶表示素子１７の構造を示す図である。反射型液晶表示素子１７は、表面に透明電極を形成した透明基板２１と、画素毎の反射電極をマトリクス状に配置したアクティブマトリクス基板２５とを、透明電極と反射電極とが向き合うように互いに対向して配置させて構成されている。透明基板側が光入射側である。透明電極と反射電極の間に誘電異方性が負であるネマティック液晶が所定のプレチルト角を付与した状態で封入されている。透明基板２１とアクティブマトリクス基板２５における液晶層２３側の各表面には配向膜２２、２４が施されている。
【００２２】
図４は、反射型液晶表示素子１７の表示における黒レベルと方位角（面内観察角度）との関係を測定する方法を示す図である。図５は図４の測定方法で測定された反射型液晶表示素子１７の表示における黒レベルと方位角（面内観察角度）との関係を示す図である。図４において、光源からの入射光は、偏光子を介して反射型液晶表示素子１７に入射され、液晶層２３を透過し、反射電極で反射され、再び液晶層２３を透過して反射型液晶表示素子１７の外部に射出される。この射出光は、検光子を介して検出器で測光される。偏光子と検光子は直交ニコルの関係に設定されている。図５において円内の白い部分はリーク光が大きく反射型液晶表示素子１７のコントラストが低い状態を、黒い部分はリーク光が少なく反射型液晶表示素子１７のコントラストが高い状態を表している。
【００２３】
反射型液晶表示素子１７は通常、入射偏光方向が図２、図３に示す方向に設定される。また、３枚の反射型液晶表示素子の画面が合成される。上記２点を理由として、ほとんどの反射型液晶表示素子は、図５に示す様に入射偏光方向に対してほぼ対称なコントラスト特性を有する。そして、ＷＧ−ＰＢＳ１５の透過軸方向を含む９０度毎の４方向において反射型液晶表示素子１７の表示の黒レベルが低く、コントラストが高い。ＷＧ−ＰＢＳ１５の透過軸方向と４５度の角度をなす４つの方向では表示の黒レベルが高くなる。なお、透過型液晶表示素子においても、同様な理由により透過型液晶表示素子の入射偏光方向に対してほぼ対称なコントラスト特性を有する。
【００２４】
図６は、投射レンズ１９中に設けられている投射レンズ絞り２０を模式的に示す図である。絞りが開放の場合は、投射レンズ１９に入射する光は投射レンズ絞り２０によっては遮蔽されない。図６右に示すように、投射レンズ絞り２０を絞っていくことにより、投射レンズ絞り２０は絞り開口の形状が菱形となる状態を有する。その時の絞りの開口形状は反射型液晶表示素子１７の入射偏光方向を対角とした菱形形状である。投射レンズ絞り２０を菱形形状に絞っていくことにより、反射型液晶表示素子１７の視野角特性上コントラストの低い高角度成分の光を優先的に遮光でき、光量低下を抑えつつ、コントラストを上げる効果が得られる。第１の実施形態において、菱形とは菱形の４つの角度が等しい状態、すなわち、対角線が反射型液晶表示素子１７の入射偏光方向となっている正方形を含むものと定義する。
【００２５】
図７は、照明絞り８と第２のレンズアレイ５の位置関係を示す正面図である。照明絞り８は、図１および図７に示すように、第２のレンズアレイ５近傍における光束の一部を遮光する２枚の遮光板８ａ、８ｂが移動操作可能に配置されて構成されている。これら２枚の遮光板８ａ、８ｂを移動させることにより、表示画像のコントラスト及び輝度を調整することができる。
【００２６】
照明絞り８を絞っていくことにより、照明絞り８は絞り開口の形状が矩形となる状態を有する。その時の絞りの開口形状は矩形形状であってその矩形形状の辺はレンズセルの辺、言い換えると反射型液晶表示素子１７の辺と平行である。すなわち、照明絞り８の矩形形状の辺は投射レンズ絞り２０の絞り開口の菱形形状の対角線と平行または直交している。
【００２７】
図８は液晶表示素子の回折現象を説明するための図である。液晶表示素子の回折現象は透過型液晶表示素子、反射型液晶表示素子１７に共通して発生する現象である。透過型液晶表示素子では画素と画素の間はマスクで遮蔽されている。反射型液晶表示素子１７においては、マスクで遮光されてはいないが、複数の画素電極の間に画素でない領域が存在する。透過型液晶表示素子の遮光領域、反射型液晶表示素子１７の画素でない領域を図６においては画素境界部と表現している。そして、図６では光が画素境界部に透過モードで入射するように表現している。これらの液晶表示素子に入射した光は液晶によって変調を受けて透過または反射する。その際、複数の画素が周期的に配列する構造のため、回折現象が発生する。
【００２８】
図８のように画素境界部に垂直、平行な方向の角度座標軸をθx、θyとする。画素境界部に角度が小さくコントラストの高い光Ａと角度が大きくコントラストの低い光Ｂが入射した場合、光Ａ、Ｂのいずれにもθx、θy方向に回折光が生じる。回折光は入射光に対して偏光方向が乱れているため、コントラストを劣化させる成分となる。菱形の投射レンズ絞り２０を用いて液晶のコントラストの低い部分を遮蔽したとしても、回折光によるコントラスト低下を押さえないと、更なるコントラスト向上は望めないことが明らかになった。
【００２９】
そこで、照明光学系にも照明絞り８を設けて回折光によるコントラスト低下を抑制する。照明光学系の照明絞り８は、絞りの境界線が回折光の方向、すなわち画素境界方向に垂直もしくは水平な方向にあることが望ましく、図７に示すような矩形形状の開口が望ましい。図９は照明絞り８の絞り開口の形状を示した例である。照明絞り８の絞り開口の形状は、図９の左側の図に示すように矩形形状が望ましい。基本の矩形形状から更に視野角特性の悪い四隅のセルを遮蔽するために、図９の右側の図に示すように矩形形状の４隅部分が内側に入り込んだ様な形状であってもよい。
【００３０】
図１０は、照明絞り８、投射レンズ絞り２０の動作の有無と明るさ、投射型表示装置のコントラストの関係を示す図である。図１０では、照明絞り８、投射レンズ絞り２０をともに開放にした状態での明るさ、コントラストを１００％とし、投射レンズ絞り２０を菱形に絞った状態と、照明絞りを矩形または菱形に絞った場合の明るさ、コントラストの変化を示している。
【００３１】
投射レンズ絞り２０を絞っても、照明絞り８を絞っても投射型表示装置のコントラストは増加する。投射レンズ絞り２０と照明絞り８を併用すると更にコントラストが増加し、明るさの低下はそれほどない。投射レンズ絞り２０を菱形に固定して、照明絞り８を矩形と菱形にしてコントラストの比較をすると、矩形の照明絞り８の方がコントラストは約１０％増加する。これは、上述の回折光を遮蔽する効果が現れている結果であると考えられる。
【００３２】
以上の結果から、照明絞り８と投射レンズ絞り２０の絞り動作を連動させて絞り、照明絞り８の形状が矩形形状となっている状態であり、かつ、投射レンズ絞り２０の形状が菱形形状となっている状態を有することがコントラストの点でより効果的である。具体的には同一の制御回路が照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。または別々の制御回路が同一のコマンドにより照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。
【００３３】
投射レンズ絞り２０を矩形形状として、照明絞り８を菱形形状としても同様にコントラストを向上させることができる。その理由は、第２のレンズアレイ５と投射レンズ１９の瞳位置は光学的に共役な関係にあるからである。
【００３４】
図１１は投射レンズ絞り２０を矩形形状、照明絞り８を菱形形状とした場合の双方の絞りの形状を模式的に示す図である。照明絞り８を菱形形状にする場合に留意すべき事項として、照明絞り８の開口がレンズアレイのレンズセルを横切らないようにする必要がある。レンズセルを横切って遮光すると、そのレンズセルの入射光が部分的に遮光されてしまう。このようなセルは反射型液晶表示素子１７の矩形の映像面の一部のみ照明するためスクリーン上にて輝度ムラとなる。図１１の左図のように各セルの稜線に合わせた形の絞り形状とすることで上記弊害を解消できる。照明絞り８と投射レンズ絞り２０を連動させて絞り、照明絞り８の形状が菱形形状となっている状態であり、かつ、投射レンズ絞り２０の形状が矩形形状となっている状態を有することがコントラストの点でより効果的である。具体的には同一の制御回路が照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。または別々の制御回路が同一のコマンドにより照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
図１２は第２の実施例に係る投射型表示装置を示す図である。図１に示す第１の実施形態に係る投射型表示装置と構成はほぼ同じである。第２の実施形態においても、菱形とは菱形の４つの角度が等しい状態すなわち、対角線が反射型液晶表示素子１７の入射偏光方向となっている正方形を含むものと定義する。第１の実施形態に係る投射型表示装置との相違点は第１のレンズアレイ４の一部のレンズセルが偏芯タイプのレンズセルとされている点である。
【００３６】
図１３は、第２の実施形態に係る第１のレンズアレイ４を示す図である。第１のレンズアレイ４の中心の８セルは偏芯レンズセル４０とされている。偏芯レンズセルとは、レンズアレイのレンズセルであって、レンズセルを構成する凸レンズの曲率中心がレンズセルの中心に存在せずに偏芯しているレンズセルをいう。図１４は、第２の実施形態に係る第１のレンズアレイ４の偏芯の状態を示す図である。本実施形態の第１のレンズアレイ４はＸＹ軸に対して上下左右に軸対称であるので、図１４では第１象限の偏芯レンズセルのみ表示している。
【００３７】
第１のレンズアレイ４を構成する各レンズセルの寸法は長手方向４．４８ｍｍ、短手方向２．７ｍｍに設定されている。偏芯レンズセルの偏芯度を次の様に定義する。すなわち、レンズセルの矩形中心に凸レンズ中心がある場合を偏芯率０％、レンズセルの矩形の外周に凸レンズ中心が存在する場合を偏芯率１００％と定義する。図１４の４１番のレンズセルでは、ｘ軸方向（レンズセルの長手方向）については、レンズ外側に０．５ｍｍ／２．２４ｍｍ＝２２％、ｙ軸方向（レンズセルの短手方向）については、レンズ外側に０．３ｍｍ／１．３５ｍｍ＝２２％偏芯している。図１４の４２番のレンズセルでは、ｘ軸方向（レンズセルの長手方向）については、レンズ外側に０．３ｍｍ／２．２４ｍｍ＝１３％、ｙ軸方向（レンズセルの短手方向）については、レンズ外側に０．１ｍｍ／１．３５ｍｍ＝７．４％偏芯している。以上のように偏芯レンズの偏芯方向はＸＹ軸ともにレンズ外側方向であって偏芯率は５％〜２５％であることがより望ましい。
【００３８】
図１５は偏芯レンズセル４０の効果を説明するための図である。理想状態では放電灯のリフレクタ２で反射した光が平行光として第１のレンズアレイ４に入射し、第２のレンズアレイ５に２次光源像として結像するが、実際には、第１のレンズアレイ４の中心のセルに入射する光は、リフレクタ出口側の口金によるケラレやリフレクタ２のホールの存在により光軸に平行な光は存在せず、光軸と角度を持つ光のみである。したがって、第１のレンズアレイ４の中央部のレンズセルの光は第２のレンズアレイ５の対応するレンズアレイ中央に２次光源像として結像できず、反射型液晶表示素子１７へ到達して照明に寄与する光は少ないものであった。照明絞り８を絞った状態の光はＦ値が大きく、コントラストに有利な成分のはずであるが、その成分の割合が低いので、所望のコントラストの確保が困難であるという不具合が存在していた。そこで、第１のレンズアレイ４の中心付近の８つのセルの凸レンズ中心を外側に偏芯させることで、第１のレンズアレイ４の中心部による２次光源像を第２のレンズアレイ５に結像することが可能となる。
【００３９】
図１０には、偏芯レンズセル４０を有するレンズアレイの場合についての、照明絞り８、投射レンズ絞り２０の動作の有無と明るさ、投射型表示装置のコントラストの関係も示している。偏芯レンズセルなしに対して偏芯レンズセル有りの場合は、両絞りの状態を同一条件にすると、約２％明るさが増加し、約１３％コントラストが増加する。明るさとコントラストの増加の程度は両絞りの状態のいかんによらずほぼ一定である。
【００４０】
そして、第２の実施形態においても、照明絞り８を矩形形状とし、投射レンズ絞り２０を菱形形状とすることが効果的である。また、照明絞り８と投射レンズ絞り２０の絞り動作を連動させて絞り、照明絞り８の形状が矩形形状となっている状態であり、かつ、投射レンズ絞り２０の形状が菱形形状となっている状態を有することがコントラストの点でより効果的である。具体的には同一の制御回路が照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。または別々の制御回路が同一のコマンドにより照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。
【００４１】
図１６は照明絞り８の絞り開口８０、投射レンズ絞り２０の絞り開口２００と偏芯レンズセル４０の関係を示す図である。照明絞り８は、図１６に示すように、第１のレンズアレイ４中の偏芯レンズセルに対応する第２のレンズアレイのレンズセルを残すように、第２のレンズアレイ５の周辺部分を遮光板８ａ、８ｂによって遮光する。絞っていった際の絞り開口は矩形である。
【００４２】
投射レンズ１９の瞳位置は第２のレンズアレイ５と共役であり、投射レンズ１９の瞳位置には第２のレンズアレイ５の瞳像が形成される。投射レンズ絞り２０は、第２のレンズアレイ５の瞳像のうち第１のレンズアレイ４の偏芯レンズセル４０に対応する第２のレンズアレイ５のレンズセルの瞳像を残して周囲方向から遮蔽して菱形形状の絞り開口とする状態を有する。投射レンズ絞り２０に対しては、図１６に示す第２のレンズアレイ５のレンズセルは、その瞳像として図示している。照明絞り８の絞り開口が菱形形状、投射レンズ絞り２０の絞り開口が矩形形状の場合も同様な偏芯レンズセルとの関係である。
【００４３】
投射レンズ絞り２０を絞っていった際の絞り開口を矩形形状とし、照明絞り８を絞っていった際の絞り開口を菱形形状としても同様にコントラストを向上させることができるのも第１の実施形態の場合と同様である。照明絞り８と投射レンズ絞り２０を連動させて絞り、照明絞り８の形状が菱形形状となっている状態であり、かつ、投射レンズ絞り２０の形状が矩形形状となっている状態を有することがコントラストの点でより効果的である。具体的には同一の制御回路が照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。または別々の制御回路が同一のコマンドにより照明絞り８と投射レンズ絞り２０を同期して絞る。
【００４４】
以上、反射型液晶表示素子１７を例にして説明したが、透過型液晶表示素子を用いた場合においても、照明絞り８と投射レンズ絞り２０を設け、その形状のいずれかを矩形形状、他方の形状を菱形形状にすることによって投射型表示装置のコントラストを高めることができる。さらに、偏芯レンズセルを用いる効果も同様に得られる。
【符号の説明】
【００４５】
１  放電灯、２  リフレクタ、３  コールドフィルタ、
４  第１のレンズアレイ、５  第２のレンズアレイ、
６  偏光変換素子、７  重ね合わせレンズ、８  照明絞り、
１０  Ｂ／ＲＧ分離クロスダイクロイックミラー、
１１  Ｂミラー、１２  ＲＧミラー、１３  ＲＧダイクロイックミラー、
１４ｒ  赤色用フィールドレンズ、１４ｇ  緑色用フィールドレンズ、
１４ｂ  青色用フィールドレンズ、
１５ｒ  赤色用ＷＧ−ＰＢＳ、１５ｇ  緑色用ＷＧ−ＰＢＳ、
１５ｂ  青色用ＷＧ−ＰＢＳ、
１６ｒ  赤色用波長板、１６ｇ  緑色用波長板、１６ｂ  青色用波長板、
１７ｒ  赤色用液晶表示素子、１７ｇ  緑色用液晶表示素子、
１７ｂ  青色用液晶表示素子、
１８  クロスダイクロイックプリズム、
１９  投射レンズ、２０  投射レンズ絞り、
２１  透明基板、２２、２４  配向膜、２３  液晶層、
２５  アクティブマトリクス基板
４０、４１、４２  偏芯レンズセル
【図１】
0005316510.tif 000002
【図２】
0005316510.tif 000003
【図３】
0005316510.tif 000004
【図４】
0005316510.tif 000005
【図５】
0005316510.tif 000006
【図６】
0005316510.tif 000007
【図７】
0005316510.tif 000008
【図８】
0005316510.tif 000009
【図９】
0005316510.tif 000010
【図１０】
0005316510.tif 000011
【図１１】
0005316510.tif 000012
【図１２】
0005316510.tif 000013
【図１３】
0005316510.tif 000014
【図１４】
0005316510.tif 000015
【図１５】
0005316510.tif 000016
【図１６】
0005316510.tif 000017